a) Calcule los valores a y b para que la función sea continua en su dominio. Para esos valores, ¿es f derivable?b) Para a=−2 y b=16, estudie la monotonía de la función f y calcule sus extremos relativos y absolutos.c) Para a=−2 y b=16, calcule el área del recinto limitado por la gráfica de f, el eje OX y las rectas x=−2 y x=2.
ContinuidadDerivabilidadOptimización+1
a) Calcule los valores a y b para que la función sea continua en su dominio. Para esos valores, ¿es f derivable?
Para que la función sea continua en su dominio, debe ser continua en los puntos de unión x=−2 y x=2. La continuidad en un punto x0 requiere que limx→x0−f(x)=limx→x0+f(x)=f(x0). Los tramos de la función son polinomios, que son continuos en sus respectivos intervalos abiertos.Continuidad en x=−2:
f(−2)=−2(−2)+2a=4+2a
limx→−2−f(x)=4+2a
limx→−2+f(x)=−2(−2)2−4a=−8−4a
Igualando los límites para la continuidad:
4+2a=−8−4a⟹6a=−12⟹a=−2
Continuidad en x=2:
f(2)=−2(2)2−4a=−8−4a
limx→2−f(x)=−8−4a
limx→2+f(x)=−8(2)+b=−16+b
Igualando los límites para la continuidad y sustituyendo a=−2:
−8−4(−2)=−16+b⟹−8+8=−16+b⟹0=−16+b⟹b=16
Por lo tanto, para que la función sea continua, los valores son a=−2 y b=16.Ahora, estudiemos la derivabilidad para a=−2 y b=16. La función es:
Estudiamos el signo de f′(x) en cada intervalo:En el intervalo (−4,−2): f′(x)=−2<0. La función es decreciente.En el intervalo (−2,2): f′(x)=−4x. Igualamos a cero para encontrar puntos críticos: −4x=0⟹x=0. Analizamos el signo:* Si x∈(−2,0), por ejemplo x=−1, f′(−1)=−4(−1)=4>0. La función es creciente.* Si x∈(0,2), por ejemplo x=1, f′(1)=−4(1)=−4<0. La función es decreciente.En el intervalo (2,3): f′(x)=−8<0. La función es decreciente.Resumiendo la monotonía:*f(x) es decreciente en [−4,−2].*f(x) es creciente en [−2,0].*f(x) es decreciente en [0,3].Cálculo de los extremos relativos:* En x=−2: La función pasa de decreciente a creciente. Hay un mínimo relativo.
f(−2)=−2(−2)−4=0
Mínimo relativo en (−2,0).* En x=0: La función pasa de creciente a decreciente. Hay un máximo relativo.
f(0)=−2(0)2+8=8
Máximo relativo en (0,8).* En x=2: La función pasa de decreciente a decreciente. No hay un extremo relativo.Cálculo de los extremos absolutos:Evaluamos la función en los puntos críticos y en los extremos del dominio [−4,3]:
f(−4)=−2(−4)−4=8−4=4
f(−2)=0(mıˊnimorelativo)
f(0)=8(maˊximorelativo)
f(2)=−2(2)2+8=−8+8=0
f(3)=−8(3)+16=−24+16=−8
Comparando todos los valores:* El valor máximo absoluto es 8 en x=0.* El valor mínimo absoluto es −8 en x=3.
c) Para a=−2 y b=16, calcule el área del recinto limitado por la gráfica de f, el eje OX y las rectas x=−2 y x=2.
El recinto está limitado por las rectas x=−2 y x=2. En este intervalo, la función f(x) es f(x)=−2x2+8.Primero, determinamos si la función es positiva o negativa en el intervalo [−2,2]. Los ceros de la función −2x2+8=0 son x2=4⟹x=±2. Como f(0)=8>0, la función es no negativa en todo el intervalo [−2,2]. Por lo tanto, el área se calcula directamente mediante la integral definida: